专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 一种新型的蝴蝶形双面板超结构,填充多孔材料用于宽带低频声吸收

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  · 建筑设计  · 2024-11-26 21:33

正文

      传统的谐振吸声材料和结构作为建筑吸声结构的主要组成部分,在空间维度约束下整体降噪能力有限,无法满足室内低频宽带吸声和深亚波长特性的要求。这给建筑吸声结构的声学性能设计带来了新的挑战。基于此,本工作中采用了一种新型的蝴蝶形双层亥姆霍兹谐振器声学超材料结构,内衬多孔材料。使用有限元软件 COMSOL 对结构进行仿真,并通过驻波管的吸声测试实验进行验证。结果表明:该结构的三聚氰胺泡沫衬里能使结构在400∼600Hz频率范围内具有优异的吸声性能,平均吸声系数大于0.9,在600∼700Hz频率范围内平均吸声系数大于0.8。实现了对声波的准完美吸收。吸声结构在 420Hz 时的谐振吸收峰为 0.99,结构厚度仅为吸收峰频率对应波长的 1/14,体现了其亚波长较深的特点。当结构高度为 60 mm 时,仍然存在带宽比为 76 % 的宽吸声频段(吸声系数 >0.5)。新颖的蝴蝶形双层亥姆霍兹谐振器声学超材料结构的设计为建筑吸声结构的降噪提供了一种新的方法。

      在建筑领域,对改善建筑物的声音吸收性能的需求日益增长。本文研究了一种蝴蝶形双层亥姆霍兹共振腔结构,内衬多孔材料,该结构能够提升宽带低频声音的吸声性能。具体结论如下:

(1) 与传统的吸声结构相比,该结构的厚度仅为60毫米,并且在低频宽带范围内具有优异的吸声性能。

(2) 该结构在400∼600Hz的频率范围内具有优异的吸声性能,平均吸声系数大于0.9;在600∼700Hz的频率范围内,平均吸声系数大于0.8,实现了准完美的声音吸收。

(3) 该结构在低频范围内具有宽广的吸声频带,带宽比为76%(吸声系数>0.5)。

(4)室温硫化硅橡胶(RTV-2)可以改善结构的吸声峰和谷。

(5)在亥姆霍兹谐振器上对三聚氰胺泡沫材料的参数进行了分析,得出大孔隙率、多孔材料厚度和小流阻有利于复合材料结构的低频吸声。弯曲系数、粘性特征长度和热特性长度对计算结果的影响不大。

      该结构具有良好的低频带吸声能力,提高了房间的声学效果,具有良好的声学舒适度。通过一种独特的共振机制,该结构能够有效地吸收特定频率的声波,从而降低环境中的噪声水平。这些特性使它成为轻型建筑和住宅项目的理想选择


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